Synthetische biologie wil de biologie op een nieuwe manier begrijpen: door een biologisch proces of levende cel na te bouwen, wordt duidelijker hoe dat functioneert dan wanneer je het uit elkaar haalt. Als vergelijking: een uurwerk losdraaien gaat een stuk makkelijker dan het weer in elkaar zetten.
Binnen de synthetische biologie wordt kennis van verschillende onderzoeksvelden bij elkaar gebracht. Voorbeelden zijn moleculaire biologie, celbiologie, populatie genetica, maar ook bioinformatica en chemie.
Technische ontwikkelingen van de afgelopen jaren hebben een enorme impuls gegeven aan de synthetische biologie. Denk hierbij aan technieken die nodig zijn om DNA te ‘lezen en schrijven’, of de robotisering van laboratoriumwerkzaamheden.
Synthetische biologie: van genetisch modificeren tot genetisch ontwerpen
De mogelijkheden van synthetische biologie zijn zeer divers. Een onderzoekscommissie van de Europese Unie heeft het werkveld geanalyseerd en de ontwikkelingen in verschillende groepen ingedeeld en daarover een rapport gepubliceerd. Een paar mogelijkheden worden hier toegelicht.
Genetische schakelaars
Net zoals in de elektronica kunnen in levende cellen ‘genetische schakelaars’ worden gemaakt die bij een bepaald signaal aan of uitgaan. Dit waren eerst heel eenvoudige systemen die in de loop der jaren steeds complexer zijn geworden, bijvoorbeeld doordat ze verschillende signalen kunnen combineren. Ook werd de werking van de genetische schakelaar steeds betrouwbaarder.
Voor deze schakelaars wordt gebruik gemaakt van gestandaardiseerde genetische elementen. Gestandaardiseerd, omdat precies bekend is hoe het element onder welke omstandigheden functioneert. Door deze kennis zijn ook softwareprogramma’s ontstaan waarmee een onderzoeker achter zijn bureau de onderdelen van de genetische schakelingen kan kiezen en testen vóór ze in een levende cel in te bouwen. Deze aanpak bespaart uiteraard veel tijd en geld.
Stofwisselingsroutes
De genetische elementen die gebruikt worden om schakelaars te bouwen, kunnen ook worden gebruikt om een cel een bepaalde stof te laten produceren. Zoals insuline, penicilline of stevia. Baanbrekend was de productie van het anti-malaria middel artemisinine geproduceerd door gisten enkele jaren geleden.
Synthetische genomen
De technologie van ‘DNA schrijven’, het chemisch vervaardigen van DNA, heeft een enorme vlucht genomen. Steeds grotere stukken kunnen voor lagere kosten synthetisch nagemaakt worden. Ook het aan elkaar plakken van deze synthetische stukken heeft tot nieuwe methoden geleid. Hierdoor kon in 2005 het eerste virusgenoom, dus alle erfelijke eigenschappen van een virus, worden gemaakt. Vijf jaar later volgde een bacterieel genoom, en in 2018 staat het hele genoom van gist op de kaart. Uiteraard gaat het hierbij om steeds grotere en complexere genomen.
Ook een tegenovergestelde aanpak staat centraal: het genoom ‘minimaliseren’ door overbodige stukken eruit te halen. Overbodig omdat de bacterie die in de industriële biotechnologie gebruikt wordt, niet al zijn normale eigenschappen meer nodig heeft. Een minimaal genoom kan als het ware ‘kosteneffectiever’ gebruikt worden.